连杆的总体设计

连杆的总体设计

1、连杆的工作情况

连杆小头与活塞销相连接，与活塞一起作往复运动，连杆大头与曲柄销相连和曲轴一起作旋转运动。因此，连杆体除了有上下运动外，还左右摆动，作复杂的平面运动。

连杆承受的基本载荷是拉伸载荷和压缩载荷。最大拉伸载荷P’j出现在进气冲程开始的上止点附近，其数值为活塞组和计算断面以上部分连杆质量的往复惯性力，即

式中Gˊ——活塞组重力，N；

Gˊi——计算断面以上部分连杆重力，N；

g——重力加速度，9．8m／s2

λ——连杆比；

r——曲柄半径，m；

ω——曲轴角速度，rad／s。

最大压缩载荷P’。出现在膨胀冲程开始的上止点附近，其数值是爆发压力产生的推力减去上述的惯性力；即

Pˊc=Pz-Pˊj(2)

式中Pz——作用在活塞上的气体总压力，N；

Pz=

Pˊz——作用在活塞顶上单位面积气压力，N／mm2；

D——气缸直径，mm。

此外，由于连杆是一个细长杆件，在压缩载荷作用下，还会引起平行于和垂直于曲轴轴线平面内的弯曲。两种弯曲都会给杆身以附加弯曲应力。制造连杆时，若有初始弯曲和偏心，以上情况将更加严重。由于连杆摆动的角加速度和转动惯量而产生的惯性力矩，也使连杆承受附加弯矩(图4—1)。

2．连杆的设计要求

根据连杆的工作情况及所受载荷，在设计连杆时，首先应保证连杆具有足够的疲劳强度和结构刚度。如果强度不足，就会发生连杆螺栓、大头盖或杆身断裂，造成严重事故。同样，如果连杆组刚度不足，也会对曲柄连杆机构的工作带来不好的影响。例如，连杆大头的变形使连杆螺栓承受附加弯曲；大头孔的失圆使连杆轴承的润滑受到影响(图4—2a)；杆身在曲轴轴线平面内的弯曲，使活塞在气缸内歪斜，造成活塞与气缸以及连杆轴承与曲柄销的偏磨，从而使活塞组与气缸间出现漏气、窜油(图4-2b)。

经验表明，对强化程度不高的发动机，刚度比强度更重要。为了增加连杆的强度和刚度，不能简单地依靠加大结构尺寸来达到，因为连杆质量的增加使惯性力相应增加，所以连杆设计的一个主要要求是在尽可能轻巧的结构下保证足够的刚度和强度。为此，必须选用高强度的材料、合理的结构形状和尺寸，以及采取提高强度的工艺措施等。

3．连杆的设计过程设计连杆时，首先要明确所设计的连杆是装在何种机型上。因其转速高低及爆发压力等不同，柴油机连杆与汽油机连杆的刚度、强度、质量方面的要求有所不同。柴油机连杆，因承受的爆发压力大，转速偏低，首先考虑强度，故结构尺寸偏大、质量大、刚度好。设计汽油机连杆，尤其是高速汽油机连杆时，因其转速高、惯性力大，所以连杆设计要求结构轻巧，质量轻，刚度好。遵循上述原则，首先确定连杆长度，这是与整机密切相关的参数，它决定连杆的基本构型。再确定连杆小头孔尺寸，它与活塞销孔及活塞销的设计连在一起，统一分析决定。连杆大头孔的尺寸是与曲轴的连杆轴颈直径共同确定的，这也是决定连杆基本构型的重要尺寸之一。连杆杆身形状，除在一些应力小的二冲程发动机上采用椭圆形杆身外，普遍都采用“工”字形断面，设计杆身时，先用经验公式求出最小断面尺寸，再参考同类型样机的连杆杆身尺寸适当修改，然后用斜线和大小不同的圆弧将连杆的大头、小头连接起来。连杆小头壁厚尺寸、连杆大头壁厚尺寸、设计好的杆身，均应进行强度校核。大、小头的形状要考虑是否设置去重块。根据整机要求，在连杆体上设置喷油孔或冷却活塞内腔的油道。对于结构尺寸已确定的连杆，应对连杆长度公差、大小头孔的尺寸及形位公差、连杆各部位粗糙度等，参考同类机型连杆及国标等有关连杆标准作合理标注。连杆的材料、硬度、热处理工艺及强化连杆的工艺措施等应体现在连杆的产品图纸上。连杆大头的外形设计；与连杆盖连接采用平切口还是斜切口结构、连杆螺栓中心距尺寸、连杆螺栓孔直径、连杆螺栓及连杆盖的定位方式、连杆上下平面的螺栓孔倒角尺寸等均要参考。作者：吴工3．连杆的设计过程

设计连杆时，首先要明确所设计的连杆是装在何种机型上。因其转速高低及爆发压力等不同，柴油机连杆与汽油机连杆的刚度、强度、质量方面的要求有所不同。柴油机连杆，因承受的爆发压力大，转速偏低，首先考虑强度，故结构尺寸偏大、质量大、刚度好。设计汽油机连杆，尤其是高速汽油机连杆时，因其转速高、惯性力大，所以连杆设计要求结构轻巧，质量轻，刚度好。

遵循上述原则，首先确定连杆长度，这是与整机密切相关的参数，它决定连杆的基本构型。再确定连杆小头孔尺寸，它与活塞销孔及活塞销的设计连在一起，统一分析决定。连杆大头孔的尺寸是与曲轴的连杆轴颈直径共同确定的，这也是决定连杆基本构型的重要尺寸之一。连杆杆身形状，除在一些应力小的二冲程发动机上采用椭圆形杆身外，普遍都采用“工”字形断面，设计杆身时，先用经验公式求出最小断面尺寸，再参考同类型样机的连杆杆身尺寸适当修改，然后用斜线和大小不同的圆弧将连杆的大头、小头连接起来。

连杆小头壁厚尺寸、连杆大头壁厚尺寸、设计好的杆身，均应进行强度校核。大、小头的形状要考虑是否设置去重块。根据整机要求，在连杆体上设置喷油孔或冷却活塞内腔的油道。

对于结构尺寸已确定的连杆，应对连杆长度公差、大小头孔的尺寸及形位公差、连杆各部位粗糙度等，参考同类机型连杆及国标等有关连杆标准作合理标注。连杆的材料、硬度、热处理工艺及强化连杆的工艺措施等应体现在连杆的产品图纸上。

连杆大头的外形设计；与连杆盖连接采用平切口还是斜切口结构、连杆螺栓中心距尺寸、连杆螺栓孔直径、连杆螺栓及连杆盖的定位方式、连杆上下平面的螺栓孔倒角尺寸等均要参考。

作者：吴工